現在最強的超級計算機能模擬整個宇宙嗎?

時間 2021-06-20 14:01:57

1樓:稀奇

新紀錄!中國用世界最快計算機創造出最大的虛擬宇宙_愛學術現在最大的模擬宇宙也就這樣,用了超過1000萬個處理器的神威·太湖之光,模擬10萬億個數字虛擬粒子在宇宙早期的行為。

宇宙全部粒子數量為3.28*10^80(網上抄來),這個數字與10萬億(1*10^13)差別太大了,大到不可比喻。

還要注意的是:我們並沒有通曉宇宙的全部規則,這些模擬是建立在對宇宙規則的現有認識上的,如果規則有了進一步了解,資料量又會指數級增長,注意:是指數的指數級增長。

宇宙不僅僅大得不可理喻,也複雜得不可理喻。

2樓:Linhao Ma

宇宙中存在各種尺度的現象與問題:大尺度結構(LSS)的尺寸達到數十億光年,比星系(約數十萬光年)大了一萬倍,而星系又比太陽系這樣的恆星系統(約一光年)大了一萬倍,而太陽作為一顆恆星(直徑約100萬千公尺,或者0.0000001光年)又只佔這其中的很小一部分。

更小尺度的行星、山川河流乃至細胞、原子只會需要更高的模擬精度,因此不可能有計算機模擬可以面面俱到,兼顧最大的宇宙結構形成和最小的粒子物理現象。

當然,一般人不會把一定尺度以下的問題歸為天體物理或者宇宙學的研究範圍(例如地球上的天氣變化,生物遷徙等)。但是即使侷限在天體物理和宇宙學的尺度,同時模擬所有現象也是不現實的。我參與過一些高紅移星系的模擬專案,儘管我們使用了德克薩斯大學的Frontera超級計算機(根據2023年11月資料,為世界排名第九),並且模擬了接近1億個粒子,在最小的尺度上我們也僅僅能模擬星團這樣的尺度,甚至不能解析單個恆星。

在更小的尺度上的問題(如恆星形成,黑洞形成等)我們只能使用比較簡單的物理模型代替。[1]

我們模擬的乙個高紅移星系,共包含大約一億個粒子(此處只顯示了星系核心周圍),但是也只能模擬到星團的尺度,無法解析單個恆星

此外,星系(乃至大尺度結構)仍屬於微觀物理不那麼複雜的系統,一般只包括引力,電磁場,氣體,宇宙射線等。在更小的尺度上湧現的更為複雜的物理現象也限制了模擬的精度。例如對於恆星系統,還要考慮對流,核反應,質量損失,恆星自轉,伴星的潮汐作用等等。

因此,目前所有針對恆星系統的模擬都是一維的,還沒有人能夠完整地模擬一顆三維的恆星。一些必須涉及到更高維度的現象(例如自轉,對流等)只能用引數化的模型去體現。

乙個針對恆星的MESA模擬,可以看到物理量都是一維的(只定義在恆星半徑上)

除了空間上的尺度之外,不同的天體物理系統在時間尺度上的跨度也是巨大的。一般的星系模擬要研究星系在數億年尺度上的變化,然而像緻密天體合併這樣的問題上,可能幾小時內就會有很多事情發生[2](如下圖,來自 @季索清 )。如果在模擬中用小時作為步長,就不可能演化到數億年這樣的年齡,但如果每一步演化數萬年,必然不可能模擬那些在更短的時間內發生的物理現象。

在進行時間尺度大的模擬時,這種小時間尺度的現象也只能靠理想模型去近似。

乙個白矮星合併的模擬中吸積盤的密度變化,上面的時間座標的單位為秒。可以看到在幾小時內就發生了顯著的變化。

總而言之,因為空間和時間尺度上巨大的差異,目前還不能同時模擬宇宙中一切發生的天體物理現象。對於精度達不到的部分,一般使用引數化的理想模型處理。但是也有一些系統在各個尺度上的物理現象都很重要。

乙個典型的例子是星系中心的超大質量黑洞,其具體的吸積過程往往更為關心事件視界附近幾光年的範圍,但是對整個星系的反饋機制卻可以影響到數十萬光年外的天體。對於這類系統的模擬,必須研究如何採取合適的物理模型來顧及各個尺度湧現出的物理機制,因此它們往往是天體物理研究中最困難的一類問題。

3樓:李李

其實沒有宇宙,這個世界就是被模擬出來的虛擬世界,小得很。模擬能力很小。而且很多方面模擬得很差。很不真實,說明模擬技術水平很低。低水平的虛擬世界而已。

4樓:仰望星空

現在人類連宇宙的邊都沒摸著,計算機自然模擬不了宇宙

更別提佔宇宙百分之九十九的暗物質我們至今不知道是什麼東西

宇宙很龐大,人類很微渺,而計算機是人類的產物,能做的非常有限

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